领域驱动设计和开发实战

阅读数:40229 2009 年 1 月 15 日

背景

领域驱动设计(DDD)的中心内容是如何将业务领域概念映射到软件工件中。大部分关于此主题的著作和文章都以 Eric Evans 的书《领域驱动设计》为基础,主要从概念和设计的角度探讨领域建模和设计情况。这些著作讨论实体、值对象、服务等 DDD 的主要内容,或者谈论通用语言、界定的上下文(Bounded Context)和防护层(Anti-Corruption Layer)这些的概念。

本文旨在从实践的角度探讨领域建模和设计,涉及如何着手处理领域模型并实际地实现它。我们将着眼于技术主管和架构师在实现过程中能用到的指导方针、最佳实践、框架及工具。领域驱动设计和开发也受一些架构、设计、实现方面的影响,比如:

  • 业务规则
  • 持久化
  • 缓存
  • 事务管理
  • 安全
  • 代码生成
  • 测试驱动开发
  • 重构

本文讨论这些不同的因素在项目实施的整个生命周期中怎样对其产生影响,还有架构师在实现成功的 DDD 中应该去寻求什么。我会先列出领域模型应该具备的典型特征,以及何时在企业中使用领域模型(相对于根本不使用领域模型,或使用贫血的领域模型来说)。

文章包括一个贷款处理示例应用,来演示如何将设计立场、以及这里讨论的开发最佳实践,应用在真实的领域驱动开发项目之中。示例应用用了一些框架去实现贷款 处理领域模型,比如 Spring、Dozer、Spring Security、JAXB、Arid POJOs 和 Spring Dynamic Modules。示例代码用 Java 编写,但对大多数开发人员来说,不论语言背景如何,代码都是很容易理解的。

引言

领域模型带来了一些好处,其中有:

  • 有助于团队创建一个业务部门与 IT 部门都能理解的通用模型,并用该模型来沟通业务需求、数据实体、过程模型。
  • 模型是模块化、可扩展、易于维护的,同时设计还反映了业务模型。
  • 提高了业务领域对象的可重用性和可测性。

反过来,如果 IT 团队在开发大中型企业软件应用时不遵循领域模型方法,我们看看会发生些什么。

不投放资源去建立和开发领域模型,会导致应用架构出现“肥服务层”和“贫血的领域模型”,在这样的架构中,外观类(通常是无状态会话 Bean)开始积聚越 来越多的业务逻辑,而领域对象则成为只有 getter 和 setter 方法的数据载体。这种做法还会导致领域特定业务逻辑和规则散布于多个的外观类中(有些 情况下还会出现重复的逻辑)。

在大多数情况下,贫血的领域模型没有成本效益;它们不会给公司带来超越其它公司的竞争优势,因为在这种架构里要实现业务需求变更,开发并部署到生产环境中去要花费太长的时间。

在考虑 DDD 实现的项目中各种架构和设计因素之前,让我们先看看富领域模型的特性:

  • 领域模型应该侧重于具体的业务操作领域。它应该结合业务模型、策略和业务流程。
  • 它应该与业务中的其它领域,还有应用架构中的其它层隔离开来。
  • 它应该可重用,以避免相同的核心业务领域元素有任何重复的模型和实现。
  • 模型应该设计得与应用中的其它层松耦合,这意味着领域层与上下两层(即数据库和外观类)都没有依赖关系。
  • 它应当是一个抽象的、清晰划分的层次,以使维护、测试、版本处理更容易。可在容器外(从 IDE 中)对领域类进行单元测试。
  • 它应该用 POJO 编程模型来设计,没有任何技术或框架依赖性(我总是告诉公司里我工作的项目团队,我们软件开发用的技术是 Java)。
  • 领域模型应该独立于持久化实现的细节(尽管技术确实会对模型有一些限制)。
  • 它应该最小程度地依赖于任何基础设施框架,因为它将比这些框架更经久,我们也不希望与任何外部框架紧耦合。

为了实现软件开发中更高的投资回报率(ROI),业务单位和 IT 的高级管理人员必须在业务领域建模及其实现的投资上(时间、金钱和资源)全力以赴。让我们来看看实现领域模型需要的其它因素。

  • 团队应该经常接近业务领域主题专家。
  • IT 团队(建模者、架构师和开发人员)应具备良好的建模、设计技能。
  • 分析师应该具有良好的业务流程建模技能。
  • 架构师和开发人员应该有丰富的面向对象设计(OOD)和编程(OOP)经验。

领域驱动设计在企业架构中的作用

领域建模和 DDD 在企业架构(EA)中发挥着重要的作用。因为 EA 的目标之一就是结合 IT 和业务部门,业务实体的代表——领域模型就是 EA 的核心部分。这就是为什么大多数 EA 组件(业务或基础设施)应该围绕领域模型设计和实现的原因。

领域驱动设计和 SOA

面向服务的体系架构(SOA)最近帮助团队构建基于业务流程的软件构件和服务、加速新产品上市时间的势头越来越强劲。领域驱动设计是 SOA 的一个关键因素,因为它有助于封装领域对象中的业务逻辑和规则。领域模型也提供了定义服务契约使用的语言和上下文。

如果还没有领域模型,SOA 的实行就应该包括领域模型的设计和实现。如果我们太过强调 SOA 服务、忽略了领域模型的重要性,那我们在应用架构中最终得到的就是一个贫血的领域模型和臃肿的服务。

理想的情况是,在开发应用层和 SOA 组件的同时,迭代地实现 DDD,因为应用层和 SOA 组件都是领域模型要素的直接消费者。使用丰富的领域实现,通过给领 域对象提供一个壳(代理),SOA 设计将变得相对简单。但如果我们太过于关注 SOA 层,在后端却没有一个像样的领域模型,业务服务就会调用不完整的领域模 型,这可能会导致出现一个脆弱的 SOA 架构。

项目管理

领域建模项目通常包括以下步骤:

  • 首先为业务流程建模并文档化。
  • 选择一个候选的业务流程,与业务领域专家一起使用通用语言来文档化业务流程。
  • 识别候选业务流程需要的所有服务。这些服务本质上可以是原子的(单步的)或组合好的(多步的,有无工作流皆可)。它们也可以是业务(比如承保或资金)或基础设施(比如电子邮件或工作调度)。
  • 对上一步识别的服务所使用的对象,确定并文档化其状态和行为。

一开始关注业务领域核心元素的时候,就将模型保持在高水平是非常重要的。

从项目管理的观点来看,真实的 DDD 实现项目和其它软件开发项目所包含的阶段是一样的。这些阶段包括:

  • 对领域进行建模
  • 设计
  • 开发
  • 单元测试和集成测试
  • 基于设计和开发来完善、重构领域模型(模型概念的持续集成(CI))。
  • 使用更新的领域模型重复上述步骤(领域实现的 CI)。

非常适合在这里使用敏捷软件开发方法学,因为敏捷方法注重于交付商业价值,恰好 DDD 侧重于结合软件系统和业务模型。此外,就 DDD 迭代的特性来 说,SCRUM 或 DSDM 这样的敏捷方法对项目管理来说也是更好的框架。结合使用 SCRUM(适用于项目管理)和 XP(适用于软件开发目标)方法对处理 DDD 实现项目来说非常好。

DDD 迭代周期的项目管理模型如图 1 所示。

图 1. DDD 迭代周期图(点击查看大图)

领域建模结束时可以开始领域驱动设计。关于如何开始实现领域对象模型,Ramnivas Laddad推荐如下的步骤。他强调要更侧重于领域模型中的领域对象,而不是服务。

  • 从领域实体和领域逻辑开始。
  • 不要一开始就从服务层开始,只添加那些逻辑不属于任何领域实体或值对象的服务。
  • 利用通用语言、契约式设计(DbC)、自动化测试、CI 和重构,使实现尽可能地与领域模型紧密结合。

从设计和实现的角度来看,典型的 DDD 框架应该支持以下特征。

  • 应该是一个以 POJO(如果你的公司以.Net 为主营,就是 POCO)为基础的架构。
  • 应该支持使用 DDD 概念的业务领域模型的设计和实现。
  • 应该支持像依赖注入(DI)和面向方向编程(AOP)这些概念的开箱即用。(注:稍后将在文章中详细解释这些概念)。
  • 与单元测试框架整合,比如JUnitTestNGUnitils等。
  • 与其它 Java/Java EE 框架进行良好的集成,比如 JPA、Hibernate、TopLink 等。

示例应用

本文中使用的示例应用是一个住房贷款处理系统,业务用例是批准住房贷款(抵押)的资金申请。将贷款申请提交给抵押放贷公司的 时候,首先要通过承保过程,承保人在这一过程中根据客户的收入详情、信用历史记录和其它因素来决定批准还是拒绝贷款请求。如果贷款申请获得承保组的批准, 就进入贷款审批程序的结清和融资步骤。

贷款处理系统中的融资模块自动给贷款人支付资金。通常,融资过程从抵押放贷公司(通常是银行)将贷款包递交给产权公司开始。接着产权公司评估贷款包,并与房产买卖双方一起确定结清贷款的时间。贷款人和卖方与结算中介在产权公司会面、签署书面协议,来转移房产产权。

架构

典型的企业应用架构由下面四个概念上的层组成:

  • 用户界面(表现层):负责给用户展示信息,并解释用户命令。
  • 应用层:该层协调应用程序的活动。不包括任何业务逻辑,不保存业务对象的状态,但能保存应用程序任务过程的状态。
  • 领域层:这一层包括业务领域的信息。业务对象的状态在这里保存。业务对象的持久化和它们的状态可能会委托给基础设施层。
  • 基础设施层:对其它层来说,这一层是一个支持性的库。它提供层之间的信息传递,实现业务对象的持久化,包含对用户界面层的支持性库等。

让我们更详细地看一下应用层和领域层。应用层:

  • 负责应用中 UI 屏幕之间的导航,以及与其它系统应用层之间的交互。
  • 还能对用户输入的数据进行基本(非业务相关)的验证,然后再把数据传到应用的其它层(更底层)。
  • 不包含任何业务、领域相关的逻辑、或数据访问逻辑。
  • 没有任何反映商业用例的状态,但却能处理用户会话或任务进展的状态。

领域层:

  • 负责业务领域的概念,业务用例和业务规则的相关信息。领域对象封装了业务实体的状态和行为。贷款处理应用中的业务实体例子有抵押(Mortgage)、房产(Property)和贷款人(Borrower)。
  • 如果用例跨越多个用户请求(比如贷款登记过程包含多个步骤:用户输入贷款详细信息,系统基于贷款特性返回产品和利率,用户选择特定的产品 / 利率组合,最后系统会用这个利率锁定贷款),还可以管理业务用例的状态(会话)。
  • 包含服务对象,这些服务对象只包含一个定义好的、不属于任何领域对象的可操作行为。服务封装了业务领域的状态,而业务领域并不适用于领域对象本身。
  • 是商业应用的核心,应该与应用的其它层隔离开来。而且,它不应该依赖于其它层使用的应用框架(JSP/JSF、Struts、EJB、HibernateXMLBeans等)。

下面的图 2 显示了应用中使用的不同架构层次,以及它们与 DDD 有怎样的关系。

图 2. 多层应用架构图(点击查看大图)

下面的设计观点被认为是目前 DDD 实现诀窍的主要部分:

  • 面向对象编程(OOP
  • 依赖注入(DI
  • 面向方面编程(AOP

OOP 是领域实现中最重要的基本原则。应该利用像继承、封装和多态这样的 OOP 概念,使用 Plain Java 类和接口来设计领域对象。大部分领域元素是既有状态(属性)又有行为(操作状态的方法或操作)的真正对象。它们同时对应于真实世界的概念,能很合 适地适用于 OOP 概念。DDD 中的实体和值对象都是 OOP 概念的典型例子,因为它们同时有状态和行为。

在典型的工作单元(UOW)中,领域对象需要与其它的对象协作,无论这些对象是服务、资源库、还是工厂。领域对象还需要处理其它那些本身就横切的关注点, 比如领域状态变化跟踪、审计、缓存、事务管理(包括事务重试)。这些都是可重用、非领域相关的关注点,通常很容易在包括领域层的整个代码中散布和重复。在 领域对象中嵌入该逻辑会导致领域层和非领域相关的代码互相纠缠、产生混乱。

说到处理对象间之没有紧耦合的代码依赖关系和隔离横切关注点的时候,OOP 并不能独自为领域驱动设计和开发提供极好的设计解决方案。在这是可以利用 DI 和 AOP 这样的设计概念对 OOP 进行补充,以尽量减少紧耦合、提高模块化、更好地处理横切关注点。

依赖注入

DI 能很有效地将配置和依赖代码从领域对象中移出。此外,领域类对数据访问对象(DAO)类、服务类对领域类的设计依赖性使得 DI 成为 DDD 实现中“必须有”的内容。通过将资源库和服务之类的其它对象注入到领域对象,DI 有助于创建一个更清晰、松耦合的设计。

在示例应用中,服务对象(FundingServiceImpl)利用 DI 注入实体对象(Loan、Borrower 和 FundingRequest)。实体也通过 DI 引用资源库。同样的,像数据源、Hibernate会话工厂事务管理器这些其它的 Java EE 资源也被注入到服务和资源库对象中。

面向方面编程

通过从领域对象中移除横切关注点代码,比如检查、领域状态变化跟踪等,AOP 有助于实现一个更好的设计(即在领域模型中少一些乱七八糟的内容)。可利用 AOP 把协同对象和服务注入领域对象,特别是那些容器没有实例化的对象(比如持久化对象)。在可以利用 AOP 的领域层中,其它的方面有缓存、事务管理和基 于角色的安全(授权)。

贷款处理应用利用自定义方面将数据缓存引入服务对象。贷款产品和利率信息从数据库表中加载一次(客户端第一次请求这些信息时),然后存储到适用于后面产品和利率查找的对象缓存(JBossCache)中。产品和利率会被频繁访问,但不会定期更新,所以缓存数据是一个很好的候选方案,而不是每次都从后端的数据库获取。

在近期的讨论贴子里,DDD 中 DI 和 AOP 概念的作用是主要的话题。讨论以 Ramnivas Laddad 的演讲为基础,Ramnivas 在其演讲中主张,没有 AOP 和 DI 的帮助,DDD 无法实现。 Ramnivas 在这个演讲中讨论了“细粒度 DI”的概念,这一概念利用 AOP 使领域对象恢复机敏性。他说领域对象需要访问其它细粒度的对象来提供丰富的 行为,该问题的解决方案是在领域对象中注入服务、工厂或资源库(通过在调用构造或 setter 方法时期使用方面来注入依赖)。

Chris Richardson 也讨论了有关利用 DI、对象和方面,通过减少耦合、提高模块化来改进应用设计。Chris 谈到了“超级大服务”反模式,这是应用代码耦合、混乱、分散的结果,他还谈了如何利用 DI 和 AOP 的概念来避免这一反模式。

注解

最近定义、处理方面和 DI 的趋势是使用注解。对实现远程服务(比如 EJB 或 Web Services)来说,注解有助于减少所需的工件。它们还简化了配置管理任务。Spring 2.5Hibernate 3,以及其它框架都充分利用注解在 Java 企业应用的不同层中配置组件。

我们应该利用注解生成模板代码,模板代码能在灵活性上增加价值。但同时应该谨慎使用注解。注解应该用于不会引起混淆或误解实际代码的地方。使用注解的一个 很好的例子是 Hibernate ORM 映射,注解能直接用类或属性名给指定的 SQL 表或列名添加值。另一方面,像 JDBC 驱动配置(驱动类名、JDBC URL、用户名和密码)这样的详细信息则更适合于存放在 XML 文件中,而不是使用注解。这基于数据库在同一个上下文中这一假设。如果领域模型和数据库表之 间需要相当多的转换,那就应该好好思考一下设计了。

Java EE 5提供 JPA 注解,比如@Entity@PersistenceUnit@PersistenceContext等,以此给简单的 Java 类添加持久化细节。在领域建模上下文中,实体、资源库和服务都是使用注解的好地方。

@Configurable是 Spring 将资源库和服务注入领域对象的方式。Spring 框架在 @Configurable 注解之上扩展了“领域对象依赖注入”思想。 Ramnivas 最近在博客中谈论了即将发布的 Spring 2.5.2 版本(从项目的 Snapshot Build 379 开始可用)的最新改进。 有三个新的方面(AnnotationBeanConfigurerAspect、 AbstractInterfaceDrivenDependencyInjectionAspect 和 AbstractDependencyInjectionAspect)为领域对象依赖注入提供了简单、更灵活的选择。Ramnivas 说,引入中间的方 面(AbstractInterfaceDrivenDependencyInjectionAspect),其主要原因是要让领域特定的注解和接口发挥 作用。Spring 还提供了其它注解来帮助设计领域对象,比如@Repository@Service@Transactional

示例应用中使用了部分注解。实体对象(Loan、Borrower 和 FundingRequest)使用了 @Entity 注解;这些对象还使用 @Configurable 注解绑定资源库对象;服务类也使用 @Transactional 注解来用事务行为装饰服务方法。

领域模型和安全

领域层的应用安全确保只有授权的客户端(人类用户或其它应用)能调用领域操作,访问领域状态。

Spring 安全(Spring Portfolio 的一个子项目)同时为应用的表现层(以 URL 为基础)和领域层(方法级)提供了细粒度的访问控制。该框架使用 Spring 的 Bean Proxy 来拦截方法调用,运用安全约束。它为使用MethodSecurityInterceptor类的 Java 对象提供了基于角色的声明式安全。它也有针对领域对象的访问控制列表(ACL's)形式的实例级别安全,以控制实例级别的用户访问。

在领域模型中使用 Spring 安全来处理授权需求的主要好处是,框架有一个非侵入式的架构,我们可以完全隔离领域和安全方面。此外,业务对象也不会和安全实现细节混成一团。我们可以只在一个地方编写通用的安全规则,(使用 AOP 技术)在任何需要实现它们的地方运用它们。

在领域和服务类中,授权在类方法调用级别进行处理。举例来说,对于高达一百万美元的贷款,承保领域对象中的“贷款审批”方法可以由任何具有“承保人”角色 的用户调用;而对于超过一百万美元的贷款申请来说,同一领域对象中的审批方法则只能由具有“核保主管”角色的用户调用。

下表简要说明了应用架构每一层中应用的各种安全关注点。

表 1. 各个应用层中的安全关注点

安全关注点
客户端 / 控制器 认证、Web 页面(URL)界别授权
外观 基于角色的授权
领域 领域实例级别授权、ACL
数据库 DB 对象级别授权(存储过程、存储函数、触发器)

业务规则

业务规则是业务领域中的重要部分。它们定义了数据验证和其它的约束规则,这些规则需要应用于特定业务流程场景中的领域对象。业务规则通常分为下面几类:

  • 数据验证
  • 数据转换
  • 商业决策
  • 流程流向(工作流逻辑)

上下文在 DDD 世界中非常重要。上下文的特性决定了领域对象协作及其它运行时因素,比如运用什么业务规则等。验证以及其它业务规则往往都是在一个特定的业 务上下文中处理的。这意味着,相同的领域对象在不同的业务上下文中将不得不处理不同的一组业务规则。比如说,通过了贷款审批流程中的承保步骤后,贷款领域 对象的一些属性(像贷款数额和利率)就不能再改变了。但在贷款刚刚登记并与特定利率关联的时候,同样的属性是可以改变的。

尽管所有的领域特 定业务规则都应该封装在领域层,但一些应用设计将规则放在了外观类中,这导致了领域类在业务规则逻辑方面变成了“贫血的”。在小型应用中这可能是可接受的 解决方案,但不推荐将其用于包含复杂业务规则的中大型企业应用。更好的设计方案是把规则放在它们应该在的地方——领域对象中。如果一个业务规则 跨越两个或两个以上的实体对象,那么该规则应该做为服务类的一部分。

此外,如果我们不在应用中下苦功,往往把业务规则变成代码里的一串 switch 语句。随着规则变得越来越复杂,开发人员不会愿意花费时间去重构代码,将 switch 语句移到更易于管理的设计中。在类中硬编码复杂的流向或决策规则逻辑会导致类中出现更长的方法、代码重复、最终僵化的应用设计,长远来看,这 将成为维护的噩梦。一个良好的设计是把所有的规则(特别是随着业务策略的变化而频繁改变的复杂规则)放到规则引擎(利用规则框架,比如JBoss RulesOpenRulesMandarax)中去,并从领域类中进行调用。

验证规则通常会用不同的语言实现,比如 Javascript、XML、Java 代码,还有其它脚本语言。但由于业务规则的动态特性,RubyGroovy领域特定语言(DSL) 这些脚本语言是定义、管理这些规则更好的选择。Struts(应用层)、Spring(服务层)和 Hibernate(ORM)都有其自己的验证模块,我 们可以在这些验证模块中对传入或传出的数据对象运用验证规则。在一些情况下,验证规则还能被处理为方面,它们可以组合到应用的不同层次中去(比如服务和控 制器)。

在编写领域类处理业务规则时,紧记单元测试方面是非常重要的。规则逻辑中的任何变化都应该很容易、独立地单元可测。

示例应用包括一个业务规则集来验证贷款特性是否都在允许的产品和利率规格内。规则在脚本语言中(Groovy)进行定义,并用于传递给 FundingService 对象的贷款数据。

设计

从设计的角度出发,领域层应该有一个定义清晰的边界,以避免来自非核心领域层关注点的层的损坏,比如特定供应商的说明、数据过滤、转换等。领域元素应该设 计为正确地保存领域状态和行为。不同的领域元素会基于状态和行为进行不同的结构化。下面的表 2 展示了领域元素及其包含的内容。

表 2. 领域元素及其状态和行为

领域元素 状态 / 行为
实体、值对象、聚合 状态和行为都有
数据传输对象 只有状态
服务、资源库 只有行为

同时包含状态(数据)和行为(操作)的实体、值对象、聚合应该有定义清晰的状态和行为。同时,该行为不应该超出对象边界的范围。实体应该在作用于本地状态的用例中完成大部分工作。但它们不应该知道太多无关的概念。

对那些封装领域对象状态所需要的属性来说,好的设计实践是只包括这些属性的 getter/setter 方法。设计领域对象时,只为那些能改变的属性提供 setter 方法。此外,公有的构造函数应该只含有必需的属性,而不是包含领域类中所有的属性。

在大部分用例中,我们并不是真的要去直接改变对象的状态。所以,代替改变内部状态的做法是,创建一个带有已改变状态的新对象并返回该新对象。这种方法在这些用例中就足够了,还能降低设计的复杂性。

聚合类对调用者隐藏了协作类的用法。聚合类可用来封装领域类中复杂的、有侵入性的、状态依赖的需求。

支持 DDD 的设计模式

有几种有助于领域驱动设计和开发的设计模式。下面是这些设计模式的列表:

  • 领域对象(DO)
  • 数据传输对象(DTO)
  • DTO 组装器
  • 资源库:资源库包含领域为中心的方法,并使用 DAO 与数据库交互。
  • 泛型 DAO
  • 时态模式(Temporal Patterns):这些模式给丰富的领域模型添加了时间维。Bitemporal 框架基于 Martin Fowler 的时态模式,为处理领域模型中的双时态问题提供了设计方法。核心的领域对象及其双时态属性能用 ORM 产品持久化,比如 Hibernate。

在 DDD 中应用的其它设计模式还包括策略模式、外观模式和工厂模式。Jimmy Nilsson 在他的里讨论了工厂模式,认为它是一种领域模式。

DDD 反模式

在最佳实践和设计模式的反面,架构师和开发人员在实现领域模型时还应该提防一些 DDD 的坏气味。由于这些反模式,领域层在应用架构中成为最不重要的部分,外观类反而在模型中承担了更重要的责任。下面是一些反模式:

  • 贫血的领域对象
  • 重复的 DAO
  • 肥服务层:服务类在这里最终会包含所有的业务逻辑。
  • 依恋情结(Feature Envy):这是 Martin Fowler 在他关于重构的中提到的典型的坏气味,在该反模式中,一个类的方法对属于其它类的数据太过念念不忘。

数据访问对象

DAO 和资源库在领域驱动设计中都很重要。DAO 是关系型数据库和应用之间的契约。它封装了 Web 应用中的数据库 CRUD 操作细节。另一方面,资源库是一个独立的抽象,它与 DAO 进行交互,并提供到领域模型的“业务接口”。

资源库使用领域的通用语言,处理所有必要的 DAO,并使用领域理解的语言提供对领域模型的数据访问服务。

DAO 方法是细粒度的,更接近数据库,而资源库方法的粒度粗一些,而且更接近领域。此外,一个资源库类中能注入多个 DAO。资源库和 DAO 能防止解耦的领域模型去处理数据访问和持久化细节。

领域对象应该只依赖于资源库接口。这就是为什么是注入资源库、而不是 DAO 会产生一个更规则的领域模型的原因。DAO 类不能由客户端(服务和其它的消费者类)直接调用。客户端应该始终调用领域对象,领域对象再调用 DAO 将数据持久化到数据存储中。

处理领域对象之间的依赖关系(比如实体及其资源库之间的依赖关系)是开发人员经常遇到的典型问题。解决这个问题通常的设计方案是让服务类或外观类直接调用 资源库,在调用资源库的时候返回实体对象给客户端。该设计最终导致前面提到的贫血领域模型,其中外观类会开始堆积更多的业务逻辑,而领域对象则成为单纯的 数据载体。好的设计是利用 DI 和 AOP 技术将资源库和服务注入到领域对象中去。

示例应用在实现贷款处理领域模型时遵循了这些设计原则。

持久化

持久化是一个基础设施方面,领域层应该与其解耦。JPA 通过对类隐藏持久化实现的细节,提供了这一抽象。它由注解推动,所以不需要 XML 映射文件。但同时,表名和列名嵌在代码中,在某些情况下可能并不是一个灵活的解决办法。

使用提供数据网格解决方案的网格计算产品,比如 Oracle 的Coherence、WebSphere 的 Object Grid、GigaSpaces,开发人员在建模和设计业务领域时,完全不需要考虑 RDBMS。数据库层用内存对象 / 数据网格的形式从领域层抽象出来。

缓存

在我们讨论领域层的状态(数据)时,我们不得不谈到缓存问题。经常访问的领域数据(比如抵押贷款处理应用中的产品和利率)很值得缓存起来。缓存能提高性能,减少数据库服务器的负载。服务层很适合缓存领域状态。TopLinkHibernate这些 ORM 框架也提供数据缓存。

贷款处理示例应用使用 JBossCache 框架来缓存产品和利率详情,以减少数据库调用、提高应用性能。

事务管理

对保持数据完整性、整体提交或回滚 UOW(工作单元模式)来说,事务管理是很重要的。应该在应用架构层的哪里处理事务一直存在争议。交叉实体的事务(在同一 UOW 中跨越多个领域对象)也影响在哪里处理事务这一设计决策。

一些开发人员倾向于在 DAO 类中管理事务,这是一个欠佳的设计。该设计导致过细粒度的事务控制,对那些事务跨越多个领域对象的用例来说,这种事务控制没有 灵活性。服务类应该处理事务;即使事务跨越多个领域对象,服务类也能处理事务,因为在大多数用例中,是服务类在处理控制流。

示例应用中的 FundingServiceImpl 类处理资金申请的事务,通过调用资源库执行多个数据库操作,并在单一事务中提交或回滚所有的数据库变化。

数据传输对象

领域对象模型在结构上与从业务服务接收或发送的消息不兼容,在这样一种 SOA 环境中,DTO 就是设计中很重要的一部分。消息通常都在 XML 模式定义文档 (XSD)中定义和维护,从 XSD 编写(或代码生成)DTO 对象,并在领域和 SOA 服务层之间使用它们来传输数据(消息)是一种普遍的做法。在分布式应用 中,将来自于一个或多个领域对象中的数据映射到 DTO 中会成为必然的弊端,因为从性能和安全角度出发,跨越网络发送领域对象是不实际的。

从 DDD 的角度来看,DTO 还有利于维护服务层和 UI 层之间的缝隙,其中 DO 用于领域层和服务层,DTO 用于表现层。

Dozer框架用于将一或多个领域对象组装为一个 DTO 对象。它是双向的,将领域对象转换为 DTO 的时候,它会保存大量备用的代码和时限,反之亦然。DO 和 DTO 之间的双向映射有利于消除“DO 到 DTO”和“DTO 到 DO”各自的转换逻辑。该框架还能正确处理类型和数组的转换。

示例应用在资金处理申请到来时,利用 Dozer 映射文件(XML)将 FundingRequestDTO 对象划分成为 Loan、Borrower、 FundingRequest 实体对象。在返回给客户端时,映射同样负责将来自实体的资金响应数据聚合到单一的 DTO 对象中。

DDD 实现框架

像 Spring、Real Object Oriented(ROO)、Hibernate 和 Dozer 这些框架都有助于设计并实现领域模型。支持 DDD 实现的其它框架有Naked ObjectsRuby On RailsGrails,以及 Spring Modules XT Framework

Spring 负责实例化,并将服务、工厂和资源库这些领域类联接在一起。它还使用 @Configurable 注解将服务注入实体。该注解是 Spring 特有的,所以完成这一注入的其它选择是使用诸如 Hibernate 拦截器的东西。

ROO 是建立在观点“领域第一,基础设施第二”之上的 DDD 实现框架。开发该框架是为了减少 Web 应用开发中模式的模板编码。利用 ROO 时,我们定义领域模型,接着框架(基于Maven Archetypes)为模型 - 视图 - 控制器(MVC)、DTO、业务层外观和 DAO 层生成代码。它也能为单元测试和集成测试生成 stubs。 

ROO 有几个非常实用的实现模式。比如说,它区分处理属性的状态、使用属性级访问的持久层、只反映必需属性的公有构造函数。

开发

没有实际的实现,模型就没有用处。实现阶段应该尽可能多地自动化完成开发任务。为了看看什么任务能自动完成,让我们看看涉及领域模型的一个典型用例。下面是用例的步骤列表:

输入请求:

  • 客户端调用外观类,以 XML 文档(XSD 兼容的)的方式发送数据;外观类为 UOW 初始化一个新的事务。
  • 验证输入的数据。验证包括基本验证(基本的 / 数据类型 / 属性级检查)和业务验证。如果有任何的验证错误,抛出适当的异常。
  • 将描述转换为代码(以成为简单的领域)。
  • 改变数据格式,以成为简单的领域模型。
  • 进行所有的属性分割(比如,在客户实体对象中,将客户姓名分成名字和姓)。
  • 把 DTO 拆分为一或多个领域对象。
  • 持久化领域对象的状态。

输出响应:

  • 从数据存储中获取领域对象的状态。
  • 如果必要,缓存状态。
  • 将领域对象组装为对应用有利的数据对象(DTO)。
  • 进行所有的数据元素合并或分离(比如结合名字和姓,组成单一的客户姓名属性)。
  • 将代码转换为描述。
  • 必要时改变数据格式,以处理客户端数据使用的要求。
  • 如果有必要,缓存 DTO 的状态。
  • 事务提交(如果有错误则回滚),退出控制流。

下表显示了应用中不同的对象,这些对象将一个层的数据传到另一个层。

表 3. 应用层间的数据流向

起点对象 终点对象 框架
DAO 数据库表 DO Hibernate
领域委托      DO DTO Dozer
数据传输 DTO XML JAXB

正如你所看到的,相同的数据以不同形式(DO、DTO、XML 等)在应用架构中传递的层并不多。大部分持有数据的这些对象(Java 或 XML),还有像 DAO、DAOImpl、DAOTest 这些类实际上都是基础设施。这些有模板代码和结构的类、XML 文件都很适合代码生成。

代码生成

ROO 这样的框架还为新项目创建了一个标准、一致的项目模板(使用 Maven 插件)。使用预先生成的项目模板,我们可以实现目录结构的一致性,其中存放源码、测试类、配置文件,以及对内部和外部(第三方)组件库的依赖关系。

典型的企业软件应用所需的种种类和配置文件时,其数量之多令人望而生畏。代码生成是解决该问题的最好办法。代码生成工具通常使用某类模板框架来定义模板,或是代码生成器能从中生成代码的映射。Eclipse 建模框架(EMF)的几个子项目有助于 Web 应用项目需要的各种工件的代码生成。模型驱动架构(MDA)工具,比如 AndroMDA,都利用 EMF 在架构模型的基础上生成代码。

说到在领域层编写委托类,我看到开发人员手动编写这些类(大多是从无到有地写完第一个,接着用“复制并粘贴”的模式来为其它的领域对象创建所需的委托 类)。由于这些类大部分都是领域类的外观,它们很适合代码生成。代码生成是长远的解决办法,尽管建立并测试代码生成器(引擎)增加了初期的投入(代码量和 时间)。

对生成的测试类来说,一个好的选择就是在需要进行单元测试的主类中,为带有复杂业务逻辑的方法创建抽象方法。这样,开发人员能继承生成的测试基类,然后实现不能自动生成的自定义业务逻辑。同样,这个方法也适用于任何有不能自动创建测试逻辑的测试方法。

对编写代码生成器来说,脚本语言是一个更好的选择,因为它们开销少,还支持模板创建和自定义选项。如果我们在 DDD 项目中充分利用代码生成,我们只需要从无到有地编写少量的代码。必须从无到有进行创建的工件有:

  • XSD
  • 领域对象
  • 服务

一旦我们定义了 XSD 和 Java 类,我们可以生成下列全部或大部分的类和配置文件:

  • DAO 接口和实现类
  • 工厂
  • 资源库
  • 领域代理(如果有必要)
  • 外观(包括 EJB 和 WebService 类)
  • DTO
  • 上述类的单元测试(包括测试类和测试数据)
  • Spring 配置文件

表 4 列出了 Web 应用架构中不同的层,以及那些层中能生成什么工件(Java 类或 XML 文件)。

表 4. DDD 实现项目中的代码生成

层 / 功能 模式 你写的代码 生成的代码 框架
数据访问 DAO/资源库    DAO 接口,

DAO 实现类,

DAOTest,

测试种子数据
Unitils,

DBUnit
领域 DO 领域类 DomainTest   
持久化 ORM 领域类 ORM 映射,

ORM 映射测试
Hibernate,

ORMUnit
数据传输 DTO XSD DTO JAXB
DTO 组装 组装 映射 DO-DTO 映射文件 Dozer
委托 业务委托      DO 到 DTO 的转换代码      
外观    外观    远程服务,

EJB,

Web Service
控制器 MVC 控制器映射文件 Struts/Spring MVC   
表示层 MVC 视图配置文件 Spring MVC   

委托层是唯一同时理解领域对象和 DTO 的层。其它层,例如持久层,不应该察觉到 DTO。

重构

重构就是改变或调整应用代码,但不修改应用的功能或行为。重构可以是设计相关的,也可以是代码相关的。设计重构是为了不断完善模型、重构代码来提升领域模型。

由于重构的迭代性和领域建模不断演进的性质,重构在 DDD 项目中发挥着重要作用。将重构任务集成到项目中的方法之一是在项目的每次迭代中添加重构环节,重构结束之后才算完成迭代。理想情况下,每项开发任务之前和之后都应该进行重构。

进行重构应该有严格的规定。结合使用重构、CI 和单元测试,以确保代码变化不会破坏任何功能,同时,代码的变化要有助于以后的代码和性能改进。

自动化测试在重构应用代码中发挥着至关重要的作用。没有良好的自动化测试和测试驱动开发(TDD)实践,重构可能会产生反面的效果,因为没有自动化的方式去验证作为重构一部分的设计和代码并变化没有改变行为、或破坏功能。

Eclipse这 样的工具有助于用迭代的方式和作为开发一部分的重构来实现领域模型。Eclipse 有一些功能,比如把一个方法提取或移动到不同的类中,或将一个方法下推 到子类中。也有几个 Eclipse 代码分析插件有助于处理代码依赖关系、识别 DDD 反模式。我做项目的设计和代码审查时,都是依靠插件JDependClassycleMetrics来评估应用中领域和其它模块的质量。

Chris Richardson 谈到运用代码重构,以使用 Eclipse 提供的重构功能将过程设计转变为一个 OO 设计。

单元测试 / 持续集成

我们刚才谈到的目标之一是领域类应该(在最初的开发阶段,以及随后重构已有代码时)单元可测,而不过多依赖于容器或其它基础设施代码。TDD 方法有助于团 队尽早地找出任何设计问题,并有助于验证代码与领域模型在保持一致。DDD 对测试先行开发来说是很理想的,因为状态和行为都包含在领域类中,而且单独测试 它们应该是容易的。测试领域模型的状态和行为,又不太过关注于数据访问或持久化的实现细节是很重要的。

单元测试框架,比如 JUnit 或 TestNG,都是实现和处理领域模型很棒的工具。其它测试框架,像DBUnit和 Unitils,也可用来测试领域层,尤其是把测试数据注入到 DAO 类中。对在单元测试类中增加测试数据来说,这将大大减少编写额外的代码。

模拟对象(Mock objects)同样有利于单独测试领域对象。但是在领域层不要滥用模拟对象是很重要的。如果有其他测试领域类的简单方法,你应该使用这些方法来代替使用 模拟对象。比如说,如果你能使用真实的后端 DAO 类(而不是模拟的 DAO 实现)和内存 HSQL 数据库(而不是真实的数据库)测试一个实体类,能使领域层单 元测试运行得更快,而运行得更快正好是使用模拟对象潜在的主要想法。这样,你将能测试领域对象之间的协作(交互),以及它们之间交换的状态(数据)。使用 模拟对象,我们则只能测试领域对象之间的交互。

一旦开发任务完成,所有在开发阶段创建的单元测试和集成测试(不管有没有使用 TDD 做法)都将成为自动化测试套件的一部分。这些测试用应该经常进行维护,并经常在本地或更高一级的开发环境中执行,以便找出新的代码变化是否在领域类中引入了 Bug。

Eric Evans 在他的中提到了 CI,他说 CI 应该始终运用在界定的上下文中,应该包括人和代码的同步。像CruiseControlHudson这些 CI 工具可用来建立一个自动化构建和测试的环境,来运行应用构建脚本(使用Ant或 Maven 这些构建工具创建)从 SCM 仓库中(像CVSSubversion等)检出代码,编译领域类(以及应用中的其它类),并在没有构建错误的情况下自动运行所有的测试(单元测试和集成测试)。CI 工具还可以设置在有任何构建或测试错误时(通过 E-mail 或 RSS Feeds)通知项目团队。

部署

领域模型绝对不会是静态的;在项目生命周期中,它们会随着业务需求的演变、新项目中新需求的提出而发生变化。此外,随着你开发和实现领域模型,你能不断学习和提高,而且你也想在已有的模型中运用新的知识。

打包、部署领域类的时候,隔离很关键。因为领域层依赖于 DAO 层的一面,而服务外观层又依赖于 DAO 层的另一面(参见图 2- 应用架构图),所以这些领域类打包、部署为一或多个模块来处理依赖关系很有意义。

DI、AOP 和工厂这些设计模式在设计阶段减少了对象之间的耦合,并使应用模块化;OSGi(以前被称为开放服务网关规范)则在运行时处理模块化。OSGi 正在成为打包、发布企业应用的标准机制。它能很好地处理模块之间的依赖关系。我们还能用 OSGi 来进行领域模型的版本处理。

我们可以把 DAO 类打包到一个 OSGi 的 Bundle(DAO Bundle)中,把服务外观类打包到另一个 Bundle(服务 Bundle)中,所以 DAO 或服务实现进行了修改,或是部署了应用的不同版本,由于 OSGi,应用都不需要重启。如果我们为了向后兼容,必须支持某些领域对象已有的版本和新的版本,那我们也可以部署相同领域类的两个不同版本。

为了利用 OSGi 的能力,应用对象在消费之前(即在客户端能查找到它们之前),应该在 OSGi 平台中进行注册。这意味着我们必须使用 OSGi 的 API 进行注册,我们还必须处理使用 OSGi 容器启动和通知服务时的失败场景。Spring Dynamic Modules框架对该领域很有利,它允许在应用中导出或导入任何对象类型,而不改变任何代码。

Spring DM 还提供测试类,以在容器外运行 OSGi 集成测试。比如说,能从 IDE 中直接用AbstractOsgiTests运行集成测试。设置由测试基础设施来处理,所以我们不需要为测试编写 MANIFEST.MF 文件,或者进行任何的打包或部署。该框架支持大部分目前可用的 OSGi 实现(EquinoxKnopflerfishApache Felix)。

贷款处理应用使用 OSGi、Spring DM、Equinox 容器来处理模块级别的依赖关系,以及领域和其它模块的部署。LoanAppDeploymentTests 说明了 Spring DM 测试模块的用法。

示例应用设计

在贷款处理示例应用中用到的领域类列举如下:

实体:

  • Loan
  • Borrower
  • UnderwritingDecision
  • FundingRequest

值对象:

  • ProductRate
  • State

服务:

  • FundingService

资源库:

  • LoanRepository
  • BorrowerRepository
  • FundingRepository

图 3 展示了示例应用的领域模型图。

图 3. 分层应用领域模型(点击查看大图)

在本文中讨论的大部分 DDD 设计概念和技术都在示例应用中进行了运用。像 DI、AOP、注解、领域级别安全、持久化这些概念都用到了。另外,我还使用了几个开源框架来助力 DDD 开发和实现任务。这些框架列举如下:

  • Spring
  • Dozer
  • Spring 安全
  • JAXB(用于封送处理和取消封送处理数据的 Spring-WS)
  • Spring Testing(用于单元测试和集成测试)
  • DBUnit
  • Spring Dynamic Modules

示例应用中的领域类利用 Equinox 和 Spring DM 框架部署为 OSGi 模块。下表显示了示例应用的模块打包细节。

表 5. 打包、部署细节

部署工件名称 模块内容 Spring 配置文件
客户端 / 控制器 loanapp-controller.jar 控制器,客户端代理类 LoanAppContext-Controller.xml
外观 loanapp-service.jar 外观(远程)服务,服务代理类,XSD LoanAppContext-RemoteServices.xml
领域 loanapp-domain.jar 领域类、DAO,通用的 DTO LoanAppContext-Domain.xml, LoanAppContext-Persistence.xml
框架 loanapp-framework.jar 框架,实用工具,监视(JMX)类,方面 LoanAppContext-Framework.xml, LoanAppContext-Monitoring.xml, LoanApp-Aspects.xml

结论

DDD 是一个功能强大的概念,只要团队接受了 DDD 的培训,并开始运用“领域第一,基础设施第二”的观点,它就会改变建模者、架构师、开发人员和测试人员 思考软件的方式。由于领域建模、设计和实现中会涉及具有不同背景和专长领域的不同利益相关方(来自 IT 和业务单位),引用 Eric Evans 的说法,“不要弄混设计观点(DDD)和有助于我们完成它的技术工具箱(OOP、DI、AOP)之间的界限”。

前进中的新领域

本节涵盖了一些新出现的、影响 DDD 设计和开发的方法。这些概念中的一些仍在不断发展,观察它们将如何影响 DDD 也很有意思。

在领域模型标准的治理、策略实施,以及实现的最佳实践中,实施 Architecture Rules 和契约式设计起到了重要作用。Ramnivas谈到了利用 Aspects 来强制仅通过工厂创建资源库对象;这是在设计领域层时经常被违背的规则。

领域特定语言(DSL)和业务自然语言(BNL)近几年来正得到越来越多的关注。人们可以在领域类中使用这些语言表达业务逻辑。BNL 可以用来保存业务规 范,记录业务规则,还能作为可执行代码,从这种意义上来说,BNL 是非常强大的。还能用它们创建测试用例,来验证系统是否如预期的那样运转。

行为驱动开发(BDD) 是最近被讨论的另一个有趣概念。通过提供跨越业务和技术之间鸿沟的通用词汇(通用语言),BDD 有利于将开发集中在有优先次序、可验证的商业价值的发布 上。通过利用侧重于系统行为方面的术语,而不是单单着眼于测试,BDD 引导开发人员将 TDD 背后的真正价值最大程度地发挥出来。如果正确实践的话,BDD 可以成为 DDD 很好的补充,BDD 概念会对领域对象的开发产生积极的影响;毕竟领域对象就是对状态和行为的封装。

事件驱动的体系架构(EDA) 是能在领域驱动设计中发挥作用的另一个领域。比如说,在领域对象实例中通知任何状态变化的事件模型将有助于处理后事件(post-event)处理任务, 在领域对象的状态改变时,后事件处理任务就需要被触发。EDA 有利于封装基于事件的逻辑,将之嵌进领域逻辑的核心。Martin Fowler 评述了领域事件设计模式。

资源

示例应用的代码可以在这里下载。

阅读英文原文领域驱动设计和开发实战


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